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KR20070021154A - 3D display using variable focusing lens - Google Patents

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KR20070021154A
KR20070021154A KR1020067018778A KR20067018778A KR20070021154A KR 20070021154 A KR20070021154 A KR 20070021154A KR 1020067018778 A KR1020067018778 A KR 1020067018778A KR 20067018778 A KR20067018778 A KR 20067018778A KR 20070021154 A KR20070021154 A KR 20070021154A
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lens
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variable focusing
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KR1020067018778A
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Korean (ko)
Inventor
서청수
김동우
조경일
제임스 그린업 보이드
백상현
Original Assignee
스테레오 디스플레이, 인크.
주식회사 옹스트롱
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Publication date
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Abstract

삼차원 디스플레이 장치는 제1 이미지를 디스플레이하는 이차원 디스플레이와 이차원 디스플레이로부터 광을 받아 제2 이미지를 생성하는 가변 포커싱 렌즈를 포함한다. 가변 포커싱 렌즈는 이차원 디스플레이로부터 광을 반사시킨다. 제1 이미지는 단위시간 내에 디스플레이되는 미리 정해진 수의 제1 깊이별 이미지를 포함하며, 제2 이미지는 대응하는 제2 깊이별 이미지를 포함한다. 각 깊이별 이미지는 같은 이미지 깊이를 가지는 제1 이미지의 일부분을 나타내고, 이차원 디스플레이는 한 번에 하나의 깊이별 이미지를 디스플레이한다. 가변 포커싱 렌즈의 초점거리는 디스플레이되는 깊이별 이미지의 깊이에 따라 변한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 가변 포커싱 렌즈로서 사용된다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 사실적인 삼차원 디스플레이를 위한 충분한 속도와 포커싱 깊이범위를 가진다.The three-dimensional display apparatus includes a two-dimensional display that displays a first image and a variable focusing lens that receives light from the two-dimensional display to generate a second image. Variable focusing lenses reflect light from the two-dimensional display. The first image includes a predetermined number of first depth-specific images displayed within a unit time, and the second image includes a corresponding second depth-specific image. Each depth-specific image represents a portion of a first image having the same image depth, and the two-dimensional display displays one depth-specific image at a time. The focal length of the variable focusing lens varies depending on the depth of the image for each depth displayed. Micromirror array lenses are used as variable focusing lenses. Micromirror array lenses have sufficient speed and focusing depth range for realistic three-dimensional displays.

Description

가변 포커싱 렌즈를 사용하는 삼차원 디스플레이{THREE-DIMENSIONAL DISPLAY USING VARIABLE FOCUSING LENS}THREE-DIMENSIONAL DISPLAY USING VARIABLE FOCUSING LENS}

본 발명은 삼차원 디스플레이 장치와 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 이차원 디스플레이와 조합된 가변 포커싱 렌즈를 채용하는 삼차원 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional display device and method. More specifically, the present invention relates to a three-dimensional display apparatus and method employing a variable focusing lens in combination with a two-dimensional display.

가장 널리 알려진 종래 기술에 의한 삼차원 디스플레이 방법은 양안시차 현상을 이용한 것이다. 이 방법은 각각의 눈으로 서로 다른 각도에서 측정된 두 이미지 중에 하나씩을 볼 때 사람의 두뇌가 삼차원 이미지를 인지하는 원리를 이용한다. 이 방법은 실제로 공간상에 삼차원 이미지를 생성하는 것이 아니다. 오히려, 시청자의 눈의 시차를 이용한다. 그러므로 이 방법은 시청자의 위치의 임의 배치, 양안 사이의 거리의 편차에 의한 양안시차, 빛의 수렴 혹은 발산, 눈의 피로축적, 수정체의 원근 조절(accommodation), 복수의 시청자에 의한 시청, 시청자의 움직임에 의한 삼차원 이미지의 상대적 위치 변화 등을 포함하는 많은 요인들이 개입된다는 단점을 가지며, 이러한 요인들은 적절한 삼차원 디스플레이를 제공하기 위해 고려되어야 한다. The most widely known three-dimensional display method is a binocular parallax phenomenon. This method uses the principle that the human brain perceives three-dimensional images when looking at one of two images measured at different angles with each eye. This method does not actually create three-dimensional images in space. Rather, it uses the parallax of the viewer's eyes. Therefore, this method is based on the random placement of the viewer's position, binocular disparity due to the deviation of the distance between the two eyes, convergence or divergence of light, accumulation of eye fatigue, accommodation of the lens, viewing by multiple viewers, It has the disadvantage that many factors are involved, including changes in relative position of the three-dimensional image due to movement, and these factors must be considered to provide a suitable three-dimensional display.

홀로그래피(holography)는 공간상에 실제 이미지를 발생시키는 삼차원 디스 플레이 방법이다. 기술적 복잡성과 높은 생산 비용 때문에 홀로그래피는 삼차원 이미지 디스플레이에서 매우 제한적으로 사용되어 왔다.Holography is a three-dimensional display method that generates real images in space. Due to the technical complexity and high production costs, holography has been very limited in three-dimensional image displays.

Austin의 미국특허 제4,834,512호는 이차원 디스플레이와, 유체로 채워진 가변 포커싱 렌즈 및 디스플레이와 렌즈를 제어하기 위한 제어수단을 가지는 삼차원 디스플레이를 제시한다. 이차원 디스플레이는 각기 다른 깊이에 있는 피사체의 횡단면을 나타내는 이차원 이미지를 순차적으로 나타낸다. 유체로 채워진 가변 포커싱 렌즈는 이차원 디스플레이 앞에 배치되고 렌즈 내부에는 유압에 반응하는 막을 가진다. 유체로 채워진 렌즈의 느린 포커스 변화속도 때문에 Austin의 디스플레이는 사실적인 삼차원 이미지를 디스플레이하기에 적절하지 않다. U.S. Patent No. 4,834,512 to Austin presents a three-dimensional display having a two-dimensional display, a variable focusing lens filled with a fluid, and a display and control means for controlling the lens. Two-dimensional displays sequentially display two-dimensional images representing cross sections of subjects at different depths. The fluid-filled variable focusing lens is placed in front of the two-dimensional display and has a membrane that responds to hydraulic pressure inside the lens. Austin's display is not suitable for displaying realistic three-dimensional images because of the slow focus change rate of the fluid-filled lens.

Wohlstadter의 미국특허 제5,986,811호는 복수의 이미지 포인트를 가지는 이차원 이미지로부터 삼차원 이미지를 생성하는 이미징 시스템 및 방법을 제시한다. 이미징 시스템은 가변 포커싱 거리를 가지는 마이크로렌즈(micro-lens) 어레이 및 이차원 디스플레이의 이미지 포인트와 정렬된 마이크로렌즈를 유지하는 수단을 포함한다.US Patent No. 5,986,811 to Wohlstadter discloses an imaging system and method for generating three-dimensional images from two-dimensional images having a plurality of image points. The imaging system includes a micro-lens array having a variable focusing distance and means for maintaining the microlenses aligned with the image points of the two-dimensional display.

눈의 피로도, 복수의 시청자, 삼차원 이미지와 시청자 사이의 상대적 거리의 실용성, 이차원과 삼차원의 호환성 또는 교환성, 고화질 텔레비젼(HDTV)의 색 표현력과 해상도를 능가하는 색 표현력과 해상도, 낮은 제조 비용, 과도하지 않은 데이터량의 증가 등과 관련된 요건을 만족할 수 있는 새로운 삼차원 이미지 디스플레이 장치와 방법이 요구되어 왔다.Eye fatigue, multiple viewers, the practicality of the relative distance between three-dimensional images and viewers, two-dimensional and three-dimensional compatibility or exchangeability, color representation and resolution beyond the color representation and resolution of high-definition television (HDTV), low manufacturing costs, There is a need for a new three-dimensional image display apparatus and method that can satisfy the requirements associated with an excessive amount of data.

본 발명은 종래기술의 단점을 해결하도록 고안된다.The present invention is designed to solve the disadvantages of the prior art.

본 발명의 목적은 단순한 구조를 가짐과 동시에 사실적인 이미지 표현을 갖는 삼차원 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional display device having a simple structure and at the same time a realistic image representation.

본 발명의 다른 목적은 한 세트의 깊이별 이미지(depthwise image)를 채용하는 삼차원 디스플레이 장치 및 방법을 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a three-dimensional display apparatus and method employing a set of depthwise images.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 범위의 이미지 깊이를 디스플레이할 수 있는 삼차원 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional display device capable of displaying a wide range of image depth.

기술된 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼차원 디스플레이 장치는, 제1 이미지를 디스플레이하는 이차원 디스플레이 및 이차원 디스플레이로부터 광을 받아 제2 이미지를 형성하는 가변 포커싱 렌즈(variable focusing lens)를 포함한다. 제1 이미지는 단위시간 내에 디스플레이되는 미리 정해진 깊이 수의 제1 깊이별 이미지를 포함하고, 제2 이미지는 대응하는 제2 깊이별 이미지를 포함한다. 각 제1 깊이별 이미지는 같은 이미지 깊이를 가지는 제1 이미지의 일부를 나타내고, 이차원 디스플레이는 한 번에 하나의 제1 깊이별 이미지를 디스플레이한다. 디스플레이되는 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 가변 포커싱 렌즈의 초점거리가 변화한다. 가변 포커싱 렌즈의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수(number of depths)의 곱과 같아서, 제2 이미지가 시청자에게 삼차원으로 보이게 된다. 가변 포커싱 렌즈는 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사한다.In order to achieve the described object, a three-dimensional display device according to a first embodiment of the present invention, a two-dimensional display for displaying a first image and a variable focusing lens for receiving light from the two-dimensional display to form a second image ). The first image includes a first depth-specific image of a predetermined number of depths displayed within a unit time, and the second image includes a corresponding second depth-specific image. Each first depth-specific image represents a portion of a first image having the same image depth, and the two-dimensional display displays one first depth-specific image at a time. The focal length of the variable focusing lens changes according to the depth of the first depth-specific image displayed. The focusing speed of the variable focusing lens is at least equal to the product of the human eye's after-image speed and the number of depths, so that the second image appears to the viewer in three dimensions. The variable focusing lens reflects light from the two-dimensional display.

가변 포커싱 렌즈는 마이크로미러 어레이 렌즈(micromirror array lens)로 만들어진다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 다수의 마이크로미러를 포함한다. 마이크로미러는 평면상에 하나 이상의 동심원을 형성하도록 평면 상에 배열된다. 특히 마이크로미러 어레이 렌즈는 반사형 프레넬(Fresnel) 렌즈를 형성한다. 병진운동(translational motion), 회전운동(rotational motion), 또는 병진운동과 회전운동 모두를 제어함으로써 각 마이크로미러는 가변 포커싱 렌즈의 초점거리를 변화시키도록 제어된다. Variable focusing lenses are made of micromirror array lenses. Micromirror array lenses include a plurality of micromirrors. The micromirrors are arranged on a plane to form one or more concentric circles on the plane. In particular, micromirror array lenses form reflective Fresnel lenses. By controlling translational, rotational, or both translational and rotational motion, each micromirror is controlled to vary the focal length of the variable focusing lens.

마이크로미러 어레이 렌즈는 포커스 변화속도가 빠르고, 초점거리의 변화량이 크고, 대구경 형성이 가능하다는 점에서 본 발명의 삼차원 디스플레이 장치를 위해 적합하다.The micromirror array lens is suitable for the three-dimensional display device of the present invention in that the speed of change of focus is fast, the amount of change in focal length is large, and a large diameter can be formed.

마이크로미러 어레이 렌즈는 반사형이기 때문에, 이차원 디스플레이와 시청자에 대하여 선상으로 배치될 수 없다. 대신 이차원 디스플레이와 가변 포커싱 렌즈 사이의 광로에 빔 스플리터(beam splitter)가 위치된다. 또 다른 방법은, 가변 포커싱 렌즈에 의해 반사되는 광로가 이차원 디스플레이에 의해 차단되지 않도록 가변 포커싱 렌즈의 위치 설정을 행한다.Because micromirror array lenses are reflective, they cannot be placed linearly with respect to two-dimensional displays and viewers. Instead, a beam splitter is placed in the optical path between the two-dimensional display and the variable focusing lens. Another method performs positioning of the variable focusing lens so that the optical path reflected by the variable focusing lens is not blocked by the two-dimensional display.

삼차원 디스플레이 장치는 미리 정해진 초점거리를 가지는 보조렌즈를 더 포함할 수도 있고, 제2 이미지는 가변 포커싱 렌즈와 보조렌즈 모두에 의해서 형성된다. 보조렌즈는 삼차원 디스플레이 장치의 가변 초점거리의 범위를 변화시키거나 연장시키고, 또는 영상의 크기를 증가시키는 역할을 한다. The three-dimensional display apparatus may further include an auxiliary lens having a predetermined focal length, and the second image is formed by both the variable focusing lens and the auxiliary lens. The auxiliary lens serves to change or extend the range of the variable focal length of the 3D display device or to increase the size of the image.

본 발명은 또한 삼차원 디스플레이 방법을 제공한다. 본 방법은 이차원에서 제1 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계와, 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 광을 받아 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 광을 포커싱함으로써 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계와, 미리 정해진 수의 제1 깊이별 이미지를 위해 상기 두 단계를 단위시간 내에 반복하는 단계를 포함한다. 제1 깊이별 이미지는 제1 이미지를 생성하고, 각 제1 깊이별 이미지는 같은 이미지 깊이를 가지는 제1 이미지의 일부를 나타낸다. 디스플레이된 제2 깊이별 이미지는 시청자에게 삼차원으로 인지되는 제2이미지를 생성한다. The present invention also provides a three-dimensional display method. The method includes displaying a first depth-specific image in two dimensions, receiving light from the displayed first depth-specific image, and focusing the light according to the depth of the first depth-specific image to display the second depth-specific image; Repeating the two steps within a unit time for a predetermined number of first depth-specific images. The first depth-specific image generates a first image, and each first depth-specific image represents a portion of the first image having the same image depth. The displayed second depth-specific images produce a second image that is perceived in three dimensions by the viewer.

제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱과 같다. 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서는, 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 받은 광이 반사된다. The focusing speed in the step of displaying the second depth-specific image is equal to at least the product of the afterimage of the human eye and the number of depths. In the displaying of the second depth-specific image, light received from the displayed first depth-specific image is reflected.

제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계는 마이크로미러 어레이 렌즈로 수행된다.The displaying of the second depth-specific image is performed with a micromirror array lens.

제2 실시예에서, 이차원 디스플레이 장치는 많은 화소를 포함하고, 가변 포커싱 렌즈는 많은 가변 포커싱 렌즈를 포함한다. 각 가변 포커싱 렌즈는 각 화소에 대응한다. 각 가변 포커싱 렌즈의 초점거리는 각 화소에 의해서 디스플레이되는 이미지의 이미지 깊이에 따라 변화한다. 각 가변 포커싱 렌즈는 마이크로미러 어레이 렌즈로 제조된다. 가변 포커싱 렌즈의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 같고, 각각의 가변 포커싱 렌즈는 이차원 디스플레이 장치로부터의 광을 반사시킨다.In the second embodiment, the two-dimensional display apparatus includes many pixels, and the variable focusing lens includes many variable focusing lenses. Each variable focusing lens corresponds to each pixel. The focal length of each variable focusing lens varies with the image depth of the image displayed by each pixel. Each variable focusing lens is made of a micromirror array lens. The focusing speed of the variable focusing lens is at least equal to the afterimage speed of the human eye, and each variable focusing lens reflects light from the two-dimensional display device.

두 실시예에서, 삼차원 디스플레이 장치를 이차원 디스플레이 장치로 사용할 수 있도록 가변 포커싱 렌즈의 초점거리가 고정되도록 제어될 수도 있다. 가변 포커싱 렌즈의 초점거리를 고정함으로써, 그리고 일반적인 이차원 이미지를 디스플레이하는 이차원 디스플레이에 의하여, 이차원 디스플레이와 삼차원 디스플레이 간의 삼차원 디스플레이 장치의 전환이 용이하다.In both embodiments, the focal length of the variable focusing lens may be controlled so that the three-dimensional display device can be used as a two-dimensional display device. By fixing the focal length of the variable focusing lens and by means of a two-dimensional display displaying a general two-dimensional image, it is easy to switch the three-dimensional display device between the two-dimensional display and the three-dimensional display.

본 발명의 장점은, (1) 삼차원 디스플레이 장치가 공간에서 실제로 삼차원 이미지를 생성하므로, 본 장치는, 시청자의 위치의 임의의 배치, 양안 사이의 거리의 편차에 의한 양안시차, 빛의 수렴 혹은 발산, 수정체의 원근 조절, 복수의 시청자에 의한 시청, 시청자의 움직임에 따른 삼차원 이미지의 상대적 위치 변화에 대한 고려로 인하여 이미징에 어려움을 갖는 시차를 사용하는 종래 기술의 장치의 단점을 경험하지 않는다는 것과, (2) 데이터는 이차원 이미지 정보 외에, 깊이 정보만을 필요로 하므로, 삼차원 이미지 데이터 제공을 위한 비용이 저렴하고, 따라서 데이터량의 현저한 증가가 없다는 것과, (3) 본 장치는 쉽게 이차원 디스플레이로 또는 그 반대로 전환될 수 있다는 것이다.Advantages of the present invention are: (1) Since the three-dimensional display device actually generates a three-dimensional image in space, the device is capable of: binocular disparity, convergence or divergence of light due to arbitrary arrangement of the viewer's position, and deviation of distance between the two eyes. Does not experience the shortcomings of prior art devices using parallax with difficulty in imaging due to the consideration of the perspective adjustment of the lens, the viewing by multiple viewers, and the change in relative position of the three-dimensional image due to the viewer's movement, (2) the data requires only depth information in addition to the two-dimensional image information, so that the cost for providing three-dimensional image data is inexpensive, so that there is no significant increase in the amount of data, and (3) the apparatus can easily be used as a two-dimensional display or It can be reversed.

본 발명이 간단히 요약되었지만, 본 발명은 다음의 도면, 상세한 설명과 첨부된 청구범위에 의하여 완전히 이해될 수 있다. While the invention has been briefly summarized, the invention can be fully understood by the following figures, detailed description and appended claims.

이러한 본 발명의 이들 및 다른 특징, 태양, 및 장점은 첨부된 도면을 참고하여 더 잘 이해될 수 있다. These and other features, aspects, and advantages of this invention may be better understood with reference to the accompanying drawings.

도 1a-1d는 렌즈의 초점거리가 변화함에 따라 이미지의 깊이가 어떻게 변화하는 지를 보인 개략도.1A-1D are schematic diagrams showing how the depth of an image changes as the focal length of the lens changes.

도 2는 본 발명의 삼차원 디스플레이 장치를 보인 개략도.2 is a schematic view showing a three-dimensional display device of the present invention.

도 3a-3c는 깊이별 이미지의 디스플레이와 포커싱을 도시하는 개략도.3A-3C are schematic diagrams illustrating display and focusing of images by depth.

도 4a는 굴절형 프레넬 렌즈가 어떻게 통상의 단일체 렌즈를 대신하는 지 도시하는 개략도.4A is a schematic diagram showing how a refractive Fresnel lens replaces a conventional monolithic lens.

도 4b는 반사형 프레넬 렌즈가 어떻게 통상의 단일체 미러를 대신하는 지 도시하는 개략도.4B is a schematic diagram illustrating how reflective Fresnel lenses replace conventional monolithic mirrors.

도 5a는 다수의 마이크로미러로 제조된 가변 포커싱 렌즈를 도시하는 개략적 평면도.5A is a schematic plan view showing a variable focusing lens made of multiple micromirrors.

도 5b는 마이크로미러의 확대된 상세 평면도.5B is an enlarged detailed top view of the micromirror.

도 6은 삼차원 디스플레이 장치에 추가된 빔 스플리터와 보조렌즈를 도시하는 개략도.6 is a schematic diagram showing a beam splitter and an auxiliary lens added to a three-dimensional display device.

도 7은 삼차원 디스플레이 장치에 추가된 확대렌즈를 도시하는 개략도.7 is a schematic diagram showing an enlarged lens added to a three-dimensional display device.

도 8a는 이차원 디스플레이의 화소들에 대응하는 가변 포커싱 렌즈를 가지는 삼차원 디스플레이 장치를 도시하는 개략도.8A is a schematic diagram illustrating a three-dimensional display apparatus having a variable focusing lens corresponding to pixels of a two-dimensional display.

도 8b는 도 8a의 장치를 위해 가변 포커싱 렌즈로서 마이크로미러 어레이 렌즈가 채용된 것을 도시하는 개략도.FIG. 8B is a schematic diagram showing that a micromirror array lens is employed as the variable focusing lens for the apparatus of FIG. 8A. FIG.

도 9는 본 발명의 삼차원 디스플레이 방법을 도시하는 순서도.9 is a flowchart illustrating a three-dimensional display method of the present invention.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

도 1a-1d는 렌즈와 렌즈의 초점거리에 의해서 생성된 이미지의 거리 또는 깊이에 관한 일반적인 원리를 설명한다. 피사체로부터의 광이 렌즈를 통과할 때, 광은 피사체와 렌즈 사이의 거리(L)와 렌즈의 초점거리에 따라 수렴하거나 발산한다. 본 발명의 설명에서, 렌즈란 광을 포커스하는 광학소자를 의미하며, 굴절형 렌즈만으로 제한되지 않는다.1A-1D illustrate a general principle regarding the distance or depth of an image produced by the lens and the focal length of the lens. When light from the subject passes through the lens, the light converges or diverges according to the distance L between the subject and the lens and the focal length of the lens. In the description of the present invention, a lens means an optical element that focuses light, and is not limited to only a refractive lens.

도 1a는 피사체(1A)로부터의 광이 렌즈(2A)를 통과하여 다른 각도로 발산되는 것을 도시한다. 도 1b는 더 짧은 초점거리를 가지는 렌즈(2B)를 위한 유사한 도면이다. 렌즈(2A와 2B)에 의해서 굴절된 광은 허상(3A와 3B)을 형성한다. 시청자(4)가 굴절된 광을 볼 때, 시청자는 P점에 위치한 피사체(1A와 1B)가 지점(Q와 Q’)에 있는 것으로 인식하게 된다. FIG. 1A shows that light from the subject 1A passes through the lens 2A and diverges at different angles. 1B is a similar view for lens 2B with a shorter focal length. The light refracted by the lenses 2A and 2B forms the virtual images 3A and 3B. When the viewer 4 sees the refracted light, the viewer perceives that the subjects 1A and 1B located at point P are at points Q and Q '.

도 1c는 피사체(1C)로부터의 광이 렌즈(2C)를 통과하고 실상(3C)를 맺도록 수렴하는 것을 도시한다. 도 1d는 더 짧은 초점거리를 가지는 렌즈(2D)를 위한 유사한 도면이다. 시청자(4)가 렌즈(2C와 2D)를 통해서 피사체(1C와 1D)를 볼 때, 시청자는 피사체(1C와 1D)를 실상(3C와 3D)으로 인식하게 된다.FIG. 1C shows that light from the subject 1C converges through the lens 2C and forms a real image 3C. 1D is a similar view for a lens 2D with a shorter focal length. When the viewer 4 sees the subjects 1C and 1D through the lenses 2C and 2D, the viewer perceives the subjects 1C and 1D as actual images 3C and 3D.

피사체와 렌즈 사이의 거리(L)가 주어질 때, 렌즈에 의해서 형성된 이미지의 위치는 렌즈의 초점거리에 따라 변화한다. 이미지의 위치는 가우스의 렌즈 공식(Gauss' Lens Formula)에 의해 계산될 수 있다. 도 1a와 도 1b는 보다 긴 초점거리를 가지는 렌즈(2A)로 시청자(4)에 더 가까운 허상(3A)이 생성되고, 더 짧은 초점거리를 가지는 렌즈(2B)로 시청자(4)로부터 더 먼 허상(3B)을 생성하는 것을 도시한다. 도 1c와 1d는 보다 긴 초점거리를 가지는 렌즈(2C)로 시청자(4)에 더 가까운 실상(3C)을 생성하고, 더 짧은 초점거리를 가지는 렌즈(2D)로 시청자(4)로부터 더 먼 실상(3D)을 생성하는 것을 도시한다. Given the distance L between the subject and the lens, the position of the image formed by the lens changes with the focal length of the lens. The position of the image can be calculated by Gauss' Lens Formula. 1A and 1B show a virtual image 3A closer to the viewer 4 with a lens 2A having a longer focal length and farther from the viewer 4 with a lens 2B having a shorter focal length. Creating a virtual image 3B is shown. 1C and 1D show an image 3C closer to the viewer 4 with the lens 2C having a longer focal length, and an image farther from the viewer 4 with the lens 2D having a shorter focal length. Shows generating (3D).

도1a-1d는 허상이나 실상의 위치가 렌즈의 초점거리에 따라 변화되고, 초점 거리가 연속적으로 변함에 따라 이미지의 위치도 연속적으로 변함을 보인다. 1A-1D show that the position of the virtual image or the actual image changes according to the focal length of the lens, and the position of the image also changes continuously as the focal length continuously changes.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼차원 디스플레이 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 삼차원 디스플레이 장치(100)는 제1 이미지(6)를 디스플레이하는 이차원 디스플레이(10), 및 이차원 디스플레이(10)로부터 광을 받아 제2 이미지(5)를 생성하는 가변 포커싱 렌즈(7)를 포함한다. 제2 이미지(5)가 삼차원 디스플레이 장치(100)의 시청자(8)에게 삼차원으로 인지되도록 가변 포커싱 렌즈(7)의 초점거리가 변화된다.2 schematically illustrates a three-dimensional display apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention. The three-dimensional display apparatus 100 includes a two-dimensional display 10 displaying a first image 6 and a variable focusing lens 7 receiving light from the two-dimensional display 10 to generate a second image 5. . The focal length of the variable focusing lens 7 is changed such that the second image 5 is perceived three-dimensionally by the viewer 8 of the three-dimensional display apparatus 100.

가변 포커싱 렌즈를 이용하여 공간상의 대응되는 깊이에 깊이별 이차원 이미지를 이미징화시킴으로써 삼차원 이미지가 공간에 생성된다. 이차원 디스플레이는 주어진 순간에 또는 주어진 프레임에서 동일한 깊이에서 이미징되어야 하는 화소만을 디스플레이하고, 공간상의 요구되는 위치에 깊이별 이미지를 이미징하기 위해 가변 포커싱 렌즈의 초점거리가 조절된다.Three-dimensional images are generated in space by imaging two-dimensional images by depth at corresponding depths in space using a variable focusing lens. The two-dimensional display only displays pixels that should be imaged at the same depth at a given moment or in a given frame, and the focal length of the variable focusing lens is adjusted to image the depth-by-depth image at the required location in space.

도 3a-3c는 단위시간 내에 디스플레이되는 미리 주어진 깊이개수의 제1 깊이별 이미지(9A, 9B, 9C)를 포함하는 제1 이미지(6)와, 대응하는 제2 깊이별 이미지(11A, 11B, 11C)를 포함하는 제2 이미지(5)를 도시한다. 각 제1 깊이별 이미지(9A, 9B, 9C)는 동일한 이미지 깊이를 가지는 제1 이미지(6)의 일부분을 나타낸다. 이차원 디스플레이(10)는 한 번에 하나의 제1 깊이별 이미지를 디스플레이한다. 디스플레이되고 있는 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 가변 포커싱 렌즈(7)의 초점거리가 변화한다. 제2 이미지가 시청자에게 삼차원으로 인지되도록 하기 위해 가변 포커싱 렌즈(7)의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱 과 같다. 가변 포커싱 렌즈는 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사한다. 3A-3C show a first image 6 comprising a predetermined number of depth-first images 9A, 9B and 9C displayed in unit time, and corresponding second depth-specific images 11A, 11B, A second image 5 is shown including 11C). Each first depth-specific image 9A, 9B, 9C represents a portion of the first image 6 having the same image depth. The two-dimensional display 10 displays one first depth-specific image at a time. The focal length of the variable focusing lens 7 changes according to the depth of the first depth-specific image being displayed. In order for the second image to be perceived three-dimensionally by the viewer, the focusing speed of the variable focusing lens 7 is at least equal to the product of the afterimage of the human eye and the number of depths. The variable focusing lens reflects light from the two-dimensional display.

순차적으로 디스플레이된 제2 깊이별 이미지가 시청자(8)에게 삼차원 제2 이미지(5)로 인지되기 위해서, 제2 깊이별 이미지는 사람눈의 잔상효과를 이용하도록 충분히 빠르게 디스플레이되어야 한다. 즉 가변 포커싱 렌즈(7)는 그 초점거리를 충분히 빠르게 변화시킬 수 있어야 한다. In order for the sequentially displayed second depth-specific images to be perceived by the viewer 8 as a three-dimensional second image 5, the second depth-specific images must be displayed quickly enough to take advantage of the afterimage effect of the human eye. In other words, the variable focusing lens 7 should be able to change its focal length fast enough.

일례로, 삼차원 이미지를 디스플레이하기 위해서는 약 30Hz의 잔상속도가 필요하다. 10개의 이미지 깊이를 가지는 삼차원 이미지를 디스플레이하기 위해서는, 10개의 깊이가 30분의 1초 내에 모두 디스플레이되어야 하므로, 가변 포커싱 속도와 이차원 디스플레이 속도는 적어도 약 300Hz (30 x 10Hz)가 되어야 한다.In one example, a residual image speed of about 30 Hz is required to display a three-dimensional image. In order to display a three-dimensional image with ten image depths, the ten depths must all be displayed within one-third of a second, so that the variable focusing speed and the two-dimensional display speed must be at least about 300 Hz (30 x 10 Hz).

이미지 깊이의 수는 삼차원 디스플레이 장치의 구조와 성능에 따라 변하며, 더 좋은 화질을 위해 증가된다.The number of image depths varies with the structure and performance of the three-dimensional display device and is increased for better image quality.

가변 포커싱 렌즈(7)는 마이크로미러 어레이 렌즈로 구성된다. 제1 깊이별 이미지(9A, 9B, 9C)의 깊이에 따라 제2 깊이별 이미지(11A, 11B, 11C)를 디스플레이하기 위해 마이크로미러 어레이 렌즈는 이차원 디스플레이(10)와 동기화된다. 연속적인 깊이를 가지는 제2 이미지(5)를 디스플레이하기 위해, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리는 제1 깊이별 이미지(9A, 9B, 9C)의 깊이와 동기되어, 연속적으로 변화한다. 연속적인 깊이를 가지는 제2 깊이별 이미지(11A, 11B, 11C)로 구성된 제2 이미지(5)가 사실적으로 디스플레이되기 위해서, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리 변화속도와 이차원 디스플레이(10)의 디스플레이 속도는 사람눈의 잔상속도(약 30Hz)와 깊이별 이미지의 깊이개수의 곱과 같거나 커야 한다. The variable focusing lens 7 is composed of a micromirror array lens. The micromirror array lens is synchronized with the two-dimensional display 10 to display the second depth-specific images 11A, 11B and 11C according to the depths of the first depth-specific images 9A, 9B and 9C. In order to display the second image 5 having a continuous depth, the focal length of the micromirror array lens is continuously changed in synchronization with the depths of the first depth-specific images 9A, 9B and 9C. In order for the second image 5 composed of the second depth-specific images 11A, 11B, and 11C having continuous depths to be displayed in a realistic manner, the focal length change rate of the micromirror array lens and the display speed of the two-dimensional display 10 are shown. Is equal to or greater than the product of the afterimage rate of the human eye (about 30 Hz) and the number of depths of the image for each depth.

도 4a는 굴절형 프레넬 렌즈(13A)가 어떻게 통상의 단일체 렌즈(3)을 대신하는 지를 개략적으로 도시한다. 도 4b는 마이크로미러 어레이 렌즈를 이용하여 어떻게 통상의 단일체 미러(12)를 대신하는 반사형 프레넬 렌즈(13B)를 형성하는 지를 도시한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 복수의 마이크로미러(14)를 포함하고, 각 마이크로미러(14)는 반사형 프레넬 렌즈(13B)를 형성하고, 가변 포커싱 렌즈(7)의 초점거리를 변화시키도록 제어된다.4A schematically shows how the refractive Fresnel lens 13A replaces the conventional monolithic lens 3. 4B shows how to form a reflective Fresnel lens 13B in place of a conventional monolithic mirror 12 using a micromirror array lens. The micromirror array lens includes a plurality of micromirrors 14, each micromirror 14 being controlled to form a reflective Fresnel lens 13B and vary the focal length of the variable focusing lens 7. .

밝고 선명한 이미지를 얻기 위해서, 피사체의 한 점을 떠나는 모든 광선은 화상면(image plane)의 한 점에 같은 위상을 가지고 수렴해야 한다. 그러므로 렌즈의 역할은 피사체로부터 확산된 광선을 수렴시키고, 각각의 광선이 같은 광학 경로(optical path length, OPL)를 가지도록 만드는 것이다. 또는, 프레넬 렌즈를 채용하는 이미징은, 광선이 각기 다른 OPL을 갖더라도 대신 OPL의 차이가 파장(λ)의 정수배가 되도록 조절하여 각 광선에 같은 주기의 위상을 부여함으로써 달성될 수 있다. 각 면은 광선을 한 점으로 수렴시키고, 서로 다른 면들로부터 굴절되거나 반사된 광선들은 파장(λ)의 정수배의 OPL차이를 가진다. In order to obtain a bright and clear image, all rays leaving a point of the subject must converge with the same phase at a point on the image plane. Therefore, the role of the lens is to converge the light rays diffused from the subject and make each light ray have the same optical path length (OPL). Alternatively, imaging employing a Fresnel lens can be achieved by giving the same period of phase to each ray by adjusting the difference of the OPLs to be an integer multiple of the wavelength [lambda], even if the rays have different OPLs. Each side converges the rays to a point, and the rays refracted or reflected from the different sides have an OPL difference of an integer multiple of the wavelength [lambda].

마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 바꾸기 위해, 각 마이크로미러의 병진운동이나 회전운동이 제어된다. 또 다른 방법은, 각 마이크로미러의 병진운동과 회전운동 모두가 제어된다. 마이크로미러(14)의 회전운동은 광의 방향을 변화시키는 역할을 하고, 마이크로미러(14)의 병진운동은 광의 위상을 조절하는 역할을 한다.To change the focal length of the micromirror array lens, the translational or rotational motion of each micromirror is controlled. Another way is that both the translational and rotational movements of each micromirror are controlled. The rotational movement of the micromirror 14 serves to change the direction of light, and the translational movement of the micromirror 14 serves to adjust the phase of the light.

도 5a와 5b는 마이크로미러(14)가 많은 동심원을 형성하도록 배열됨을 도시 한다. 마이크로미러(14)는 도 4b에서 도시된 바와 같이 평면상에 배열된다.5A and 5B show that the micromirror 14 is arranged to form many concentric circles. The micromirror 14 is arranged in a plane as shown in FIG. 4B.

가변 포커싱 렌즈(7)는 다음의 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가변 포커싱 렌즈는 삼차원 디스플레이를 위해 초점거리 변화 속도가 충분히 빨라야 한다. 둘째, 이미징화될 수 있는 깊이범위는 개구수(numerical aperture)의 변화 범위에 따르기 때문에, 가변 포커싱 렌즈는 개구수의 변화 범위가 커야 한다. 셋째, 가변 포커싱 렌즈는 삼차원 디스플레이의 구성에 따라 대형의 지름을 가질 필요가 있다. The variable focusing lens 7 must satisfy the following requirements. First, the variable focusing lens must be fast enough to change the focal length for three-dimensional display. Second, since the depth range that can be imaged depends on the variation range of numerical aperture, the variable focusing lens must have a large variation range of numerical aperture. Third, the variable focusing lens needs to have a large diameter depending on the configuration of the three-dimensional display.

마이크로미러 어레이 렌즈는 위의 세 요건들을 만족시킨다. 첫째, 마이크로미러(14)의 반응 속도는 10KHz를 초과한다. 그러므로, 마이크로미러(14)의 초점거리 변화 속도는 10KHz와 같거나 그보다 크도록 만들 수 있다.Micromirror array lenses meet the above three requirements. First, the response speed of the micromirror 14 exceeds 10 KHz. Therefore, the focal length change rate of the micromirror 14 can be made equal to or greater than 10 KHz.

둘째, 마이크로미러 어레이 렌즈의 개구수 변화 범위가 크다. 그러므로, 위에 설명된 대로, 마이크로미러 어레이 렌즈는 삼차원 디스플레이에서 필수요건인 큰 이미지 깊이 범위를 가진다. 일례로 19인치 삼차원 텔레비젼이 마이크로미러 어레이 렌즈로 만들어질 때, 1m에서 무한대까지의 이미지 깊이를 디스플레이할 수 있다. Second, the numerical aperture variation of the micromirror array lens is large. Therefore, as described above, micromirror array lenses have a large image depth range that is a requirement in three-dimensional displays. For example, when a 19-inch three-dimensional television is made of a micromirror array lens, it can display an image depth from 1 m to infinity.

셋째, 크기가 커짐에 따라 이상적인 곡면을 만드는 것이 어려워지는 연속적인 형상을 가진 렌즈와 달리, 마이크로미러 어레이 렌즈는 개별적인(discrete) 마이크로미러들로 구성되기 때문에, 마이크로미러 어레이 렌즈의 크기를 증가시키는데 어려움이 없다.Third, unlike lenses with continuous shapes where it is difficult to create an ideal curved surface as the size increases, it is difficult to increase the size of the micromirror array lens because the micromirror array lens is composed of discrete micromirrors. There is no

마이크로미러 어레이 렌즈가 반사형 렌즈이기 때문에, 삼차원 디스플레이 장치(100)의 광학 시스템은 일직선상에 정렬될 수 없다. 반사된 광이 이차원 디스플 레이에 의해 차단되지 않도록 하는 광학 배열이 필요하다.Since the micromirror array lens is a reflective lens, the optical system of the three-dimensional display device 100 cannot be aligned in a straight line. There is a need for an optical arrangement to ensure that the reflected light is not blocked by the two-dimensional display.

도 6은 이차원 디스플레이(15)와 가변 포커싱 렌즈(16) 사이의 광로에 배치된 빔 스플리터(17)를 더 포함하는 삼차원 디스플레이 장치(100)의 배치를 도시한다. 이차원 디스플레이(15)와 가변 포커싱 렌즈(16)는 서로 평행하도록 배열된다. 빔 스플리터(17)는 광의 방향을 90 변화시켜서, 일직선상의 배치를 모사한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광로에 수직으로 위치한다.6 shows an arrangement of a three-dimensional display apparatus 100 further comprising a beam splitter 17 disposed in an optical path between the two-dimensional display 15 and the variable focusing lens 16. The two-dimensional display 15 and the variable focusing lens 16 are arranged parallel to each other. The beam splitter 17 changes the direction of light by 90 to simulate a straight line arrangement. The micromirror array lens is positioned perpendicular to the light path.

또 다른 방법은, 다시 도 2를 참조하여, 가변 포커싱 렌즈(7)에 의해서 반사된 광로가 이차원 디스플레이(10)에 의해서 차단되지 않도록, 가변 포커싱 렌즈(7)를 위치시키는 것이다. 도 2의 배치는, 그 구조가 단순하고, 이차원 디스플레이와 가변 포커싱 렌즈(7) 사이의 거리가 빔 스플리터(17)를 사용한 배열보다 더 가깝기 때문에 보다 넓은 시야를 가지는 장점이 있다. 그러나 비스듬하게 위치된 가변 포커싱 렌즈(7)에 의해 유발되는 수차 때문에 화질이 감소하는 단점이 있다. 어떤 배치를 사용할 것인가는 디스플레이 장치의 사용 방법에 따라 달라진다. Another method, again referring to FIG. 2, is to position the variable focusing lens 7 so that the light path reflected by the variable focusing lens 7 is not blocked by the two-dimensional display 10. The arrangement of FIG. 2 has the advantage of having a wider field of view because its structure is simple and the distance between the two-dimensional display and the variable focusing lens 7 is closer than the arrangement using the beam splitter 17. However, there is a disadvantage that the image quality is reduced due to the aberration caused by the obliquely positioned variable focusing lens 7. Which arrangement to use depends on how the display device is used.

도 6에서 도시된 바와 같이, 삼차원 디스플레이 장치(100)는 가변 포커싱 렌즈(16) 부근에 위치되고, 미리 정해진 초점거리를 가진 보조렌즈(18)를 더 포함할 수도 있다. 가변 포커싱 렌즈(16)와 보조렌즈(18)의 유효 초점거리에 의해서 제2 이미지(5)가 형성된다. 보조렌즈(18)을 채용하여, 삼차원 디스플레이 장치(100)의 가변 포커싱의 범위를 증가시키거나 요구되는 범위로 변화시킬 수 있다. 보조렌즈(18)는 굴절형 프레넬 렌즈일 수도 있다.As shown in FIG. 6, the 3D display apparatus 100 may further include an auxiliary lens 18 positioned near the variable focusing lens 16 and having a predetermined focal length. The second image 5 is formed by the effective focal lengths of the variable focusing lens 16 and the auxiliary lens 18. By employing the auxiliary lens 18, the range of the variable focusing of the three-dimensional display apparatus 100 can be increased or changed to the required range. The auxiliary lens 18 may be a refractive Fresnel lens.

도 2와 6에서 도시된 바와 같이, 가변 포커싱 렌즈(7과 16)는 영상의 크기를 가져야 한다. 대형 디스플레이 영상을 가지는 장치를 위해서, 영상만큼 큰 크기의 가변 포커싱 렌즈를 만드는 것은 거의 불가능하거나 많은 비용이 든다. 도 7은 이러한 한계를 극복하기 위해, 삼차원 디스플레이 장치(100)가 제2 이미지(5)를 확대하는 보조렌즈(21)를 더 포함할 수 있는 것을 도시한다. 보조렌즈(21)는 일반적인 굴절형 렌즈 또는 굴절형 프레넬 렌즈일 수도 있다. 고정된 초점거리를 가지는 보조렌즈(21)의 크기가 스크린의 크기가 된다. 이차원 디스플레이(20)와 가변 포커싱 렌즈(19)의 크기는 소형으로, 보조렌즈(21)의 크기보다 훨씬 작다. 가변 포커싱 렌즈(19)의 초점거리를 변화시킴으로써 삼차원 디스플레이 장치(100)의 유효 초점거리가 변화된다.As shown in Figs. 2 and 6, the variable focusing lenses 7 and 16 should have an image size. For devices with large display images, it is almost impossible or expensive to make a variable focusing lens as large as the image. FIG. 7 illustrates that the three-dimensional display apparatus 100 may further include an auxiliary lens 21 for enlarging the second image 5 to overcome this limitation. The auxiliary lens 21 may be a general refractive lens or a refractive Fresnel lens. The size of the auxiliary lens 21 having a fixed focal length becomes the size of the screen. The size of the two-dimensional display 20 and the variable focusing lens 19 is small, much smaller than the size of the auxiliary lens 21. By changing the focal length of the variable focusing lens 19, the effective focal length of the three-dimensional display apparatus 100 is changed.

가변 포커싱 렌즈(7)의 초점거리는 고정되도록 조절할 수도 있다. 가변 포커싱 렌즈(7)의 초점거리를 고정하고, 이차원 디스플레이(10)를 일반적인 이차원 디스플레이 장치로서 작동시킴으로써, 삼차원 디스플레이 장치(100)를 이차원 디스플레이 장치로 쉽게 전환시킬 수 있다. The focal length of the variable focusing lens 7 may be adjusted to be fixed. By fixing the focal length of the variable focusing lens 7 and operating the two-dimensional display 10 as a general two-dimensional display device, the three-dimensional display device 100 can be easily converted to a two-dimensional display device.

삼차원 이미지를 디스플레이하는 방법은 도 1a와 1b에서 설명된 대로 허상을 사용하는 것이거나, 도 1c와 1d에서 설명된 대로 실상을 사용하는 것일 수도 있다. 실상을 이용하는 방법은, 이미지가 시청자에게 더 가까이 생성되므로 좀 더 사실적인 디스플레이가 가능하다는 장점이 있으나, 디스플레이 범위가 시청자와 스크린 사이로 제한되는 단점이 있다. 허상을 이용하는 방법에서는, 이미지가 스크린 뒤쪽에 생성된다. 이 방법은 스크린으로부터 무한대까지의 깊이범위를 가지는 이미지를 디스플레이할 수 있다는 장점이 있다.The method of displaying a three-dimensional image may be to use a virtual image as described in FIGS. 1A and 1B or may use a real image as described in FIGS. 1C and 1D. The method using the reality has the advantage that a more realistic display is possible because the image is generated closer to the viewer, but the display range is limited between the viewer and the screen. In the method of using a virtual image, an image is generated behind the screen. This method has the advantage that it can display an image having a depth range from the screen to infinity.

도 8a와 8b는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 도 8a는 이차원 디스플레이 (22)의 화소(26)에 대응하는 가변 포커싱 렌즈(23)를 가지는 삼차원 디스플레이 장치가 어떻게 삼차원 이미지(24)를 디스플레이하기 위해 작동하는 지를 도시한다. 각 화소(26)에 의해 디스플레이되는 부분적 이미지는 화소(26)에 대응하는 가변 포커싱 렌즈(23)에 의해 이미지 깊이에서 이미징된다. 각 화소에 의해서 디스플레이되는 부분적 이미지는 대응하는 가변 포커싱 렌즈에 의해 개별적으로 다루어지기 때문에, 이미지를 깊이별 이미지로 나누어 깊이별 이미지를 디스플레이하는 것이 불필요하므로, 본 실시예는 고속의 이차원 디스플레이와 고속의 가변 포커싱 렌즈를 필요로 하지 않는다. 보통의 속도를 가지는 이차원 디스플레이가 사용될 수 있다. 가변 포커싱 렌즈(23)의 크기는 화소(26)의 크기와 유사하다.8A and 8B show a second embodiment of the present invention. FIG. 8A shows how a three-dimensional display device having a variable focusing lens 23 corresponding to the pixel 26 of the two-dimensional display 22 operates to display the three-dimensional image 24. The partial image displayed by each pixel 26 is imaged at image depth by the variable focusing lens 23 corresponding to the pixel 26. Since the partial images displayed by each pixel are handled separately by corresponding variable focusing lenses, it is unnecessary to divide the image into depth-specific images and display the depth-specific images. No variable focusing lens is required. Two-dimensional displays with normal speeds can be used. The size of the variable focusing lens 23 is similar to the size of the pixel 26.

도 8b는 삼차원 디스플레이 장치(200)를 개략적으로 도시한다. 삼차원 디스플레이 장치(200)는 복수의 화소(26)를 가지는 이차원 디스플레이 및 복수의 가변 포커싱 렌즈(25)를 포함한다. 각 가변 포커싱 렌즈(25)는 화소(26) 각각에 대응한다. 가변 포커싱 렌즈(25)의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 같고, 각 가변 포커싱 렌즈(25)는 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사한다. 각 가변 포커싱 렌즈(25)의 초점거리는 화소(26) 각각에 의하여 디스플레이된 이미지의 이미지 깊이에 따라 변화한다. 가변 포커싱 렌즈(25) 각각은 마이크로미러 어레이 렌즈로 형성된다.8B schematically shows a three-dimensional display apparatus 200. The three-dimensional display apparatus 200 includes a two-dimensional display having a plurality of pixels 26 and a plurality of variable focusing lenses 25. Each variable focusing lens 25 corresponds to each pixel 26. The focusing speed of the variable focusing lens 25 is at least equal to the afterimage speed of the human eye, and each variable focusing lens 25 reflects light from the two-dimensional display. The focal length of each variable focusing lens 25 varies depending on the image depth of the image displayed by each pixel 26. Each of the variable focusing lenses 25 is formed of a micromirror array lens.

마이크로미러 어레이 렌즈가 반사형 광학 소자이기 때문에, 렌즈소자(25)는 반사된 광이 이차원 디스플레이에 의해 차단되지 않도록 배치된다. 각 화소(26)는 삼차원 디스플레이 장치(200)의 장치 디스플레이 방향(27)과 수직인 방향으로 제1 이미지의 일부분을 디스플레이한다. 각 렌즈소자(25)는 화소(26)의 디스플레이 방향과 장치 디스플레이 방향(27)에 대하여 45°각도로 배치된다. 삼차원인 제2 이미지(24)는 렌즈소자(25)에 의해 형성된다. 이러한 복잡한 배치에도 불구하고, 마이크로미러 어레이 렌즈가 사용되며, 이것은 마이크로미러 어레이 렌즈의 개구수 변화의 범위가 크기 때문이다.Since the micromirror array lens is a reflective optical element, the lens element 25 is arranged so that the reflected light is not blocked by the two-dimensional display. Each pixel 26 displays a portion of the first image in a direction perpendicular to the device display direction 27 of the three-dimensional display apparatus 200. Each lens element 25 is disposed at an angle of 45 ° with respect to the display direction of the pixel 26 and the device display direction 27. The second image 24 in three dimensions is formed by the lens element 25. Despite this complex arrangement, micromirror array lenses are used because of the large range of numerical changes of the micromirror array lenses.

도 9는 본 발명에 따른 삼차원 디스플레이 방법을 도시한다. 단계 S100에서, 제1 깊이별 이미지는 이차원으로 디스플레이된다. 단계 S200에서, 제2 깊이별 이미지는 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 광을 받아 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 광을 포커싱함에 의해 디스플레이된다. 단계 S300에서는 미리 정해진 수의 제1 깊이별 이미지를 위해 단계 S100과 단계 S200이 단위시간 내에 반복된다. 미리 정해진 수의 제1 깊이별 이미지는 제1 이미지를 형성하고, 각 제1 깊이별 이미지는 같은 이미지 깊이를 가지는 제1 이미지의 일부분을 나타낸다. 디스플레이된 제2 깊이별 이미지는 시청자에게 삼차원으로 보이는 제2 이미지를 형성한다. 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱과 같다. 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서, 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 받은 광이 반사된다. 9 shows a three-dimensional display method according to the present invention. In step S100, the first depth-specific image is displayed in two dimensions. In operation S200, the second depth-specific image is displayed by receiving light from the displayed first depth-specific image and focusing the light according to the depth of the first depth-specific image. In step S300, steps S100 and S200 are repeated within a unit time for a predetermined number of first depth-specific images. The predetermined number of first depth-specific images form a first image, and each first depth-specific image represents a portion of the first image having the same image depth. The displayed second depth-specific images form a second image that appears to the viewer in three dimensions. The focusing speed in the step of displaying the second depth-specific image is equal to at least the product of the afterimage of the human eye and the number of depths. In the displaying of the second depth-specific image, light received from the displayed first depth-specific image is reflected.

제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계 S200은 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해 수행된다. The step S200 of displaying the second depth-specific image is performed by the micromirror array lens.

본 발명을 상이한 실시예들을 참조하여 도시하고 설명하였으나, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 발명의 사상과 범위로부터 떠나지 않고 형태, 상세한 부분, 구성, 그리고 작동에 있어서의 변화가 행해질 수도 있다는 것은 당업자는 이해할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to different embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made in form, detail, configuration and operation without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Will understand.

Claims (21)

a) 제1 이미지를 디스플레이하는 이차원 디스플레이; 및a) two-dimensional display for displaying a first image; And b) 상기 이차원 디스플레이로부터 광을 받아 제2 이미지를 형성하는 가변 포커싱 렌즈b) a variable focusing lens that receives light from the two-dimensional display to form a second image 를 포함하고, 상기 제1 이미지는 단위시간 내에 디스플레이되는 미리 결정된 깊이개수의 제1 깊이별(depthwise) 이미지를 포함하고, 상기 제2 이미지는 대응되는 제2 깊이별 이미지를 포함하고, 상기 제1 깊이별 이미지 각각은 동일한 이미지 깊이를 가지는 상기 제1 이미지의 일부분을 나타내고, 상기 이차원 디스플레이는 한 번에 하나의 제1 깊이별 이미지를 디스플레이하고, 상기 가변 포커싱 렌즈의 초점거리는 디스플레이되고 있는 상기 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 변화하고, 상기 가변 포커싱 렌즈의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱과 같고, 상기 가변 포커싱 렌즈는 상기 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사하는 것인 삼차원 디스플레이 장치. Wherein the first image comprises a first depth-by-depth image of a predetermined number of depths displayed within a unit time, the second image comprises a corresponding second depth-specific image, and the first image Each depth-specific image represents a portion of the first image having the same image depth, the two-dimensional display displays one first depth-specific image at a time, and the focal length of the variable focusing lens is displayed on the first The depth of image varies by depth, the focusing speed of the variable focusing lens is at least equal to the product of the residual speed of the human eye and the number of depths, and the variable focusing lens reflects light from the two-dimensional display. Device. 제1항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈는 마이크로미러 어레이 렌즈로 제조되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.The three-dimensional display apparatus of claim 1, wherein the variable focusing lens is made of a micromirror array lens. 제2항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈는 반사형 프레넬 렌즈인 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus of claim 2, wherein the variable focusing lens is a reflective Fresnel lens. 제2항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 복수의 마이크로미러를 포함하고, 각 마이크로미러는 상기 가변 포커싱 렌즈의 초점거리를 변화시키도록 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.3. The three-dimensional display device of claim 2, wherein the micromirror array lens comprises a plurality of micromirrors, each micromirror being controlled to vary a focal length of the variable focusing lens. 제4항에 있어서, 상기 마이크로미러는 평면상에 배치되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.The three-dimensional display device of claim 4, wherein the micromirror is disposed on a plane. 제5항에 있어서, 상기 마이크로미러는 하나 이상의 동심원을 형성하도록 배치되는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The three-dimensional display device of claim 5, wherein the micromirror is arranged to form one or more concentric circles. 제4항에 있어서, 상기 마이크로미러 각각의 병진운동이 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.The three-dimensional display device of claim 4, wherein the translation of each of the micromirrors is controlled. 제4항에 있어서, 상기 마이크로미러 각각의 회전운동이 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The three-dimensional display device of claim 4, wherein the rotational motion of each of the micromirrors is controlled. 제4항에 있어서, 상기 마이크로미러 각각의 상기 회전운동과 상기 병진운동이 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus according to claim 4, wherein the rotational motion and the translational motion of each of the micromirrors are controlled. 제1항에 있어서, 상기 이차원 디스플레이와 상기 가변 포커싱 렌즈사이의 광로에 위치된 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함하는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The apparatus of claim 1, further comprising a beam splitter positioned in an optical path between the two-dimensional display and the variable focusing lens. 제1항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈는, 상기 가변 포커싱 렌즈에 의하여 반사되는 상기 광로가 상기 이차원 디스플레이에 의해 차단되지 않도록 위치되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.The apparatus of claim 1, wherein the variable focusing lens is positioned such that the optical path reflected by the variable focusing lens is not blocked by the two-dimensional display. 제1항에 있어서, 미리 결정된 초점거리를 가지는 보조렌즈를 더 포함하며, 상기 가변 포커싱 렌즈와 상기 보조렌즈를 함께 이용하여 상기 제2 이미지를 형성하는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus of claim 1, further comprising an auxiliary lens having a predetermined focal length, wherein the variable focusing lens and the auxiliary lens are used together to form the second image. 제12항에 있어서, 상기 제2 이미지를 디스플레이하기 위해 스크린을 더 포함하며, 상기 보조렌즈는 상기 스크린의 크기를 증가시키는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus of claim 12, further comprising a screen to display the second image, wherein the auxiliary lens increases the size of the screen. 제1항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈의 상기 초점거리가 고정되도록 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus of claim 1, wherein the focal length of the variable focusing lens is controlled to be fixed. 피사체의 이미지는 상기 피사체의 깊이를 따른 단면 이미지들로 분할되고, 각 단면 이미지로부터 포커스된 이미지가 시청자에게 삼차원으로 보이도록 하기 위해 각 단면 이미지가 상기 단면 이미지의 깊이에서 포커싱되는 것인 삼차원 디스플레이 장치로서, The image of the subject is divided into cross-sectional images along the depth of the subject, and each cross-sectional image is focused at the depth of the cross-sectional image so that the focused image from each cross-sectional image is viewed in three dimensions by the viewer. as, a) 미리 정해진 깊이개수의 제1 이미지를 디스플레이하는 이차원 디스플레이; 및a two-dimensional display for displaying a first depth image of a predetermined depth number; And b) 상기 이차원 디스플레이로부터 광을 받아 제2 이미지를 형성하는 가변 포커싱 렌즈b) a variable focusing lens that receives light from the two-dimensional display to form a second image 를 포함하고, 상기 가변 포커싱 렌즈의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱과 같고, 상기 가변 포커싱 렌즈는 상기 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사하는 것인 삼차원 디스플레이 장치.Wherein the focusing speed of the variable focusing lens is at least equal to the product of the residual speed of the human eye and the number of depths, and the variable focusing lens reflects light from the two-dimensional display. 제15항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈는 마이크로미러 어레이 렌즈로 제조되고, 상기 마이크로미러 어렌이 렌즈는 복수의 마이크로미러를 포함하며, 각 마이크로미러는 상기 가변 포커싱 렌즈의 초점거리를 변화시키도록 제어되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.16. The method of claim 15, wherein the variable focusing lens is made of a micromirror array lens, the micromirror array lens comprises a plurality of micromirrors, each micromirror controlled to vary the focal length of the variable focusing lens. 3D display device. 제16항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈는 반사형 프레넬 렌즈인 것인 삼차원 디스플레이 장치. The 3D display apparatus of claim 16, wherein the variable focusing lens is a reflective Fresnel lens. a) 2차원에서 제1 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계;a) displaying the first depth-specific image in two dimensions; b) 상기 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 광을 받아 상기 제1 깊이별 이미지의 깊이에 따라 광을 포커싱함에 의해서 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계; 및 b) receiving light from the displayed first depth-specific image and displaying a second depth-specific image by focusing light according to the depth of the first depth-specific image; And c) 미리 정해진 깊이개수의 상기 제1 깊이별 이미지를 위해 상기 단계 a)와 단계 b)를 단위시간 내에 반복하는 단계c) repeating steps a) and b) within a unit time for the first depth-specific image of a predetermined depth number; 를 포함하고, 상기 미리 정해진 수의 제1 깊이별 이미지는 제1 이미지를 형성하고, 상기 제1 깊이별 이미지 각각은 동일한 이미지 깊이를 가지는 상기 제1 이미지의 일부분을 나타내고, 상기 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 깊이개수의 곱과 같고, 상기 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계에서, 상기 디스플레이된 제1 깊이별 이미지로부터 받은 광은 반사되는 것인 삼차원 디스플레이 방법. Wherein the predetermined number of first depth-specific images form a first image, wherein each of the first depth-specific images represents a portion of the first image having the same image depth, and wherein the second depth-specific images The focusing speed in the step of displaying is equal to at least the product of the residual speed of the human eye and the number of depths, and in the step of displaying the second depth-specific image, the light received from the displayed first depth-specific image is reflected. Three-dimensional display method. 제18항에 있어서, 상기 제2 깊이별 이미지를 디스플레이하는 단계는 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해서 수행되는 것인 삼차원 디스플레이 방법.19. The method of claim 18, wherein displaying the second depth-specific image is performed by a micromirror array lens. a) 복수의 화소를 포함하는 이차원 디스플레이; 및a) a two-dimensional display comprising a plurality of pixels; And b) 상기 화소 각각에 대응하는 복수의 가변 포커싱 렌즈b) a plurality of variable focusing lenses corresponding to each of the pixels 를 포함하고, 상기 가변 포커싱 렌즈의 포커싱 속도는 적어도 사람눈의 잔상속도와 같고, 상기 가변 포커싱 렌즈 각각은 상기 이차원 디스플레이로부터의 광을 반사하고, 상기 가변 포커싱 렌즈 각각의 초점거리는 상기 화소 각각에 의해서 디 스플레이되는 이미지의 이미지 깊이에 따라 변화하는 것인 삼차원 디스플레이 장치.Wherein the focusing speed of the variable focusing lens is at least equal to the residual speed of the human eye, wherein each of the variable focusing lenses reflects light from the two-dimensional display, and a focal length of each of the variable focusing lenses is defined by each of the pixels. 3D display device that changes depending on the image depth of the image being displayed. 제20항에 있어서, 상기 가변 포커싱 렌즈 각각은 마이크로미러 어레이 렌즈로 제조되는 것인 삼차원 디스플레이 장치.21. The three-dimensional display device of claim 20, wherein each of the variable focusing lenses is made of a micromirror array lens.
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